DIE 5 HAUPTTYPEN VON DAMPFMASCHINEN - TECHNOLOGIE - 2025

Die verschiedenen Arten von Dampfmaschinen haben im Laufe der Geschichte viele Veränderungen erfahren, und die Technologie hat es ihnen kontinuierlich ermöglicht, sich auf bemerkenswerte Weise weiterzuentwickeln.

Dampfmaschinen sind im Wesentlichen externe Verbrennungsmotoren, die die Wärmeenergie von Wasserdampf in mechanische Energie umwandeln. Sie wurden verwendet, um Pumpen, Lokomotiven, Schiffe und Traktoren anzutreiben, was zu der Zeit, die für die industrielle Revolution wesentlich war. Derzeit werden sie zur Erzeugung elektrischer Energie mit Dampfturbinen eingesetzt.

Eine Dampfmaschine besteht aus einem Kessel, mit dem Wasser gekocht und Dampf erzeugt wird. Der Dampf dehnt sich aus und drückt einen Kolben oder eine Turbine, deren Bewegung das Drehen der Räder oder das Antreiben anderer Maschinen übernimmt.

Die erste Dampfmaschine wurde im 1. Jahrhundert von Heron of Alexandria entwickelt und hieß Eolipila. Es bestand aus einer Hohlkugel, die mit einem Kessel verbunden war, an dem zwei gekrümmte Rohre befestigt waren. Die Kugel war mit gekochtem Wasser gefüllt, wodurch der Dampf mit hoher Geschwindigkeit durch die Rohre ausgestoßen wurde und die Kugel sich drehte.

Obwohl der Eolipila keinen praktischen Zweck hatte, stellt er zweifellos die erste Implementierung von Dampf als Antriebsquelle dar.

Herons Äolipianer

Die meisten Systeme, die Dampf verwenden, können jedoch in zwei Typen unterteilt werden: Kolbenmaschinen und Dampfturbinen.

Haupttypen von Dampfmaschinen

1- Kolbenmaschinen

Kolbenmaschinen verwenden Druckdampf. Durch doppeltwirkende Kolben tritt abwechselnd Druckdampf auf jeder Seite ein, während er auf der anderen Seite freigesetzt oder einem Kondensator zugeführt wird.

Die Energie wird von einem Gleitstab absorbiert, der gegen das Entweichen von Dampf abgedichtet ist. Diese Stange treibt wiederum eine Pleuelstange an, die mit einer Kurbel verbunden ist, um die Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln.

Zusätzlich wird eine andere Kurbel verwendet, um das Ventiltrieb anzutreiben, üblicherweise durch einen Mechanismus, der die Umkehrung der Drehbewegung ermöglicht.

Bei Verwendung eines Paares doppeltwirkender Kolben wird der Kurbelvorschub um einen 90-Grad-Winkel versetzt. Dies stellt sicher, dass der Motor immer läuft, egal in welcher Position sich die Kurbel befindet.

2- Mehrere Expansionsmotoren

Ein anderer Typ von Dampfmaschine verwendet mehrere einfachwirkende Zylinder, deren Durchmesser und Bewegung zunehmend zunehmen. Hochdruckdampf aus dem Kessel wird verwendet, um den ersten Kolben mit kleinerem Durchmesser nach unten zu treiben.

Bei der Aufwärtsbewegung wird der teilweise expandierte Dampf in einen zweiten Zylinder getrieben, der seine Abwärtsbewegung beginnt. Dies erzeugt eine weitere Ausdehnung des in der ersten Kammer freigesetzten relativ hohen Drucks.

Die Zwischenkammer entlädt sich auch in die Endkammer, die wiederum an einen Kondensator abgegeben wird. Eine Modifikation dieses Motortyps enthält zwei kleinere Kolben in der letzten Kammer.

Die Entwicklung dieses Motortyps war wichtig für den Einsatz in Dampfschiffen, da der Kondensator bei der Rückgewinnung eines Teils der Leistung den Dampf wieder in Wasser umwandelte, um ihn im Kessel wiederzuverwenden.

Terrestrische Dampfmaschinen konnten einen Großteil ihres Dampfes ablassen und aus einem Süßwasserturm nachgefüllt werden, aber auf See war dies nicht möglich.

Vor und während des Zweiten Weltkriegs wurde der Expansionsmotor in Seefahrzeugen eingesetzt, die nicht mit hoher Geschwindigkeit fahren mussten. Wenn jedoch mehr Drehzahl erforderlich war, wurde diese durch die Dampfturbine ersetzt.

3- Gleichstrommotor oder Gleichstrommotor

Ein anderer Typ einer Kolbenmaschine ist der Gleichstrom- oder Gleichstrommotor. Dieser Motortyp verwendet Dampf, der in jeder Zylinderhälfte nur in eine Richtung strömt.

Der thermische Wirkungsgrad wird durch einen Temperaturgradienten über dem Zylinder erreicht. Dampf tritt immer in die heißen Enden des Zylinders ein und tritt durch Öffnungen in der Mitte des Kühlers aus.

Dies führt zu einer Verringerung der relativen Erwärmung und Abkühlung der Zylinderwände.

Bei Uniflow-Motoren wird der Dampfeinlass normalerweise durch Tellerventile gesteuert (die ähnlich wie bei Verbrennungsmotoren funktionieren), die von einer Nockenwelle betätigt werden.

Einlassventile öffnen sich, um Dampf einzulassen, wenn zu Beginn der Bewegung das minimale Expansionsvolumen erreicht ist.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Drehung der Kurbel tritt der Dampf ein und der Kappeneinlass schließt sich, wodurch der Dampf kontinuierlich expandiert und der Kolben betätigt wird.

Am Ende des Hubs entdeckt der Kolben einen Ring von Auslasslöchern um die Mitte des Zylinders.

Diese Löcher sind mit dem Kondensator verbunden, wodurch der Druck in der Kammer gesenkt wird und eine schnelle Freigabe bewirkt wird. Die kontinuierliche Drehung der Kurbel bewegt den Kolben.

4- Dampfturbinen

Hochleistungsdampfturbinen verwenden eine Reihe rotierender Scheiben, die an ihrer Außenkante eine Art Propellerschaufeln enthalten. Diese beweglichen Scheiben oder Rotoren wechseln sich mit stationären Ringen oder Statoren ab, die an der Turbinenstruktur angebracht sind, um den Dampfstrom umzuleiten.

Aufgrund der hohen Betriebsgeschwindigkeit sind solche Turbinen normalerweise mit einem Untersetzungsgetriebe verbunden, um einen anderen Mechanismus wie einen Schiffspropeller anzutreiben.

Dampfturbinen sind langlebiger und wartungsärmer als Kolbenmaschinen. Sie erzeugen auch gleichmäßigere Drehkräfte auf ihre Abtriebswelle, was zu geringeren Wartungsanforderungen und weniger Verschleiß beiträgt.

Dampfturbinen werden hauptsächlich in Stromerzeugungsstationen eingesetzt, bei denen ihre hohe Betriebsgeschwindigkeit von Vorteil und ihr relatives Volumen kein Nachteil ist.

Sie werden auch in Schiffsanwendungen eingesetzt und treiben große Schiffe und U-Boote an. Nahezu alle Kernkraftwerke erzeugen Strom durch Erhitzen von Wasser und Speisen von Dampfturbinen.

5- Antriebsmotoren

Es gibt einen Unterwasserantriebsmotor, der mit Hochdruckdampf Wasser durch einen Einlass vorne zieht und hinten mit hoher Geschwindigkeit ausstößt.

Wenn der Dampf auf dem Wasser kondensiert, erzeugt er eine Stoßwelle, die das Wasser von hinten ausstößt.

Um den Motorwirkungsgrad zu verbessern, saugt der Motor Luft durch eine Entlüftung vor dem Dampfstrahl an, wodurch Luftblasen entstehen und die Art und Weise, wie sich der Dampf mit dem Wasser vermischt, verändert wird.

Verweise

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